空气压缩机叶轮的尺寸效应对疲劳寿命的影响研究

发布时间：2020-07-29 15:15

【摘要】：空分设备的大型化是提高系统运行效率、降低系统能耗的重要手段。但空分设备大型化后会使系统稳定性变差,关键零部件疲劳寿命降低。由于我国在此方面理论研究基础较薄弱,使国内大型空分设备的研制落后于世界技术发达国家。本文选择空分系统中的空气压缩机的叶轮为研究对象,运用可靠性串联系统统计分析理论和应力梯度分析,研究了零部件尺寸变化对其疲劳寿命的影响规律,提出压缩机叶轮不同尺寸时其疲劳寿命的预测方法,具体完成了如下工作。(1)利用Weibull分布理论对单元块寿命进行建模,结合可靠性串联理论推导出大型构件的疲劳寿命理论计算公式。利用四组不同尺寸和不同缺陷试件的疲劳寿命测试实验数据,验证了理论计算结果。通过该理论还验证:统计因素在尺寸不同的机械构件中是普遍存在的;构件在体积或者是薄弱环节趋近于无穷大时其统计因素的影响作用会逐渐稳定不变。(2)利用了 Workbench来对叶轮模型进行仿真,确定了叶轮工作时危险点处应力值,得到危险点处的应力集中系数计算结果。对不同尺寸的叶轮危险点进行仿真,得出了不同尺寸下各个危险点处的应力梯度数据;利用Origin对应力梯度数据拟合,得到了应力梯度曲线随尺寸变化规律的近似表达式,并求出了叶轮的尺寸系数,得到了叶轮尺寸和尺寸系数的关系规律图。(3)确定了叶轮的综合修正系数中的尺寸系数、表面加工系数、危险点处的应力集中系数,得出了叶轮零件修正后的S～N疲劳曲线。利用Workbench对叶轮做了直接瞬态分析和单向流固耦合分析,得到其危险点处的载荷谱;利用Crossland模型和Matake模型定义了等效疲劳名义应力。利用MATLAB语言开发了雨流计数法载荷谱提取程序;利用疲劳累积叠加理论对叶轮的疲劳寿命进行预测,得出了叶轮疲劳寿命随尺寸变化的关系规律图。
【学位授予单位】：东北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TQ116.11
【图文】：

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图１．２压缩机机组结构逡逑Ｆｉｇ．邋１．２邋Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｏｆ邋ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ邋ｕｎｉｔ逡逑图１．３压缩机机组低压缸逡逑Ｆｉｇ．邋１．３邋Ｌｏｗ邋ｐｒｅｓｓｕｒｅ邋ｃｙｌｉｎｄｅｒ邋ｏｆ邋ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ邋ｕｎｉｔ逡逑１．４．２压缩机机组运行工况逡逑在压缩机组的装配与调试完成之后，其一直会处于平稳的运行状态。压缩机在工作逡逑过程中的有着一些列的相关参数，这些相关参数值的大小和类型决定了压缩机内部的具逡逑体工作情况。逡逑该主空压机设计时的参数可见表１．３。在压缩机的工作过程中，其工作时的运转时逡逑的角速度为４３８６邋ｒ／ｍｉｎ，转换单位之后本文研究对象的转速为４５９邋ｒａｄ／ｓ［３］。逡逑表１．３空压机设计参数逡逑逦Ｔａｂｌｅ邋１．３邋Ａｉｒ邋ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ邋ｄｅｓｉｇｎ邋ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ逦逡逑流量逦Ｎｍ３／ｈ邋（干）逦２７９０００逡逑进邋口压力逦ＭＰａ（Ａ）逦０．０９７逡逑进口温度逦°Ｃ逦３０逡逑相对湿度逦％逦６９．８逡逑出邋口压力逦Ｍ

布分析金属的疲劳失效，在此引入最薄弱环节的概念。对于一根绳子来说，对两端施逡逑一个力，如果这个绳子的材料可以承受这个力，则绳子不会断掉。但是如果绳子某一逡逑可能会有缺陷，在受到正常大小的力后就会断，则这个小缺陷就会导致整根绳子在承逡逑正常大小力的情况下断开，而如果一根绳子越长，在其中间出现这种小曲线的概率就逡逑越大。这个最容易断开的一段绳子就可以被称为最薄弱环节。对于金属的疲劳失效其逡逑一个道理的。一个机械零件的破坏可以定义为其出现裂纹，而这个裂纹的出现就很有逡逑能在最薄弱环节首先出现。所以，对于体积大小不同的机械零件，其包含这种小缺陷逡逑几率也不同。大型化的机械零件，其内部以及表面含有更多的可能成为最薄弱环节的逡逑单元，相应的其由于这些最薄弱环节小单元而产生的裂纹几率也会随之增大。而对于逡逑个失效概率不是一直向上叠加的，对于这个失效概率的研究便引入威布尔分布模型对逡逑进行数学建模，拟合出机械零件的实效曲线。这个基于最薄弱环节来预测机械零件疲逡逑实效概率的方法就称为可靠性串联系统。下面将结合图２．１和图２．２来对串联可靠性逡逑论进行进一步解释。逡逑

【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 刘丽娟;;离心式压缩机的发展现状及前景展望[J];化工管理;2013年18期

2 樊俊铃;郭杏林;吴承伟;邓德伟;;FV520B钢十字焊接接头的疲劳性能[J];材料热处理学报;2012年07期

3 毛绍融;周智勇;韩一松;顾燕新;彭旭东;;12万m~3/h等级空分设备的研制[J];深冷技术;2011年06期

4 James M.Sorokes;Mark J.Kuzdzal;张海界;;离心压缩机的发展历程[J];风机技术;2011年03期

5 毛绍融;朱朔元;周智勇;卢杰;;大型空分设备技术现状及进展[J];深冷技术;2009年S1期

6 朱立峰;;空气压缩机国内应用现状[J];汽车与配件;2009年17期

7 王静晓;;中国空气压缩机市场[J];通用机械;2008年06期

8 曾本银;朱定金;朱勇;;等效载荷的Haigh修正方法[J];直升机技术;2008年01期

9 牛靖;董俊明;付永红;薛锦;;FV520(B)钢时效组织和力学性能分析[J];热加工工艺;2006年02期

10 顾福民;;国内外空分发展回顾、现状与展望[J];杭氧科技;2005年01期

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1 乐嘉陵;贺德馨;陈作斌;;我国应用空气动力学现状与发展[A];科技进步与学科发展——“科学技术面向新世纪”学术年会论文集[C];1998年

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1 凌丹;威布尔分布模型及其在机械可靠性中的应用研究[D];电子科技大学;2011年

2 李莉;机械零件疲劳强度若干问题的研究[D];东北大学　;2009年

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1 王红伟;空气压缩机关键零部件尺寸对疲劳寿命的影响分析[D];东北大学;2014年

2 韩志彬;空分设备关键零部件多轴疲劳寿命预测[D];东北大学;2013年

3 李晓雨;三参数Weibull分布参数估计方法研究[D];北京交通大学;2012年

本文编号：2774134